专利名称：一种模拟触觉产生的装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及计算机控制技术，具体为通过计算机控制脉冲发生器来产生电脉冲。
在现今的个人计算机的人机对话界面中，计算机受软件编程控制，根据人的操作，相应改变各种刺激参数(图像亮度、色度、对比度；声音的大小、频率；游戏杆对人的四肢施压的力度、方向、持续时间等等)，利用显示器，声卡、音箱，游戏反馈杆分别对人的视觉、听觉和触觉进行刺激——这称为人机反馈。
在人机反馈中，目前比较成熟的触觉反馈工具是力反馈游戏控制器(杆)。
图1是这种力反馈系统组成示意图，它主要由计算机、计算机接口、游戏器(杆)组成。计算机接口可以是声卡游戏接口、通用串行总线接口(简称USB)等；力反馈游戏器(杆)的方向盘或摇杆由内置的微型电机控制门电路和受微型电机带动控制的金属块组成。控制门电路与计算机接口相联接。它的原理如下(1)用户通过操纵力反馈游戏杆的摇杆、方向盘的方向、角度，来操纵计算机内的虚拟人物、物体(如汽车)的运动(方向、动作)；(2)当该人物、物体的运动状态与计算机软件预设的条件相符合时(如汽车发生碰撞)，计算机通过其声卡游戏接口或USB接口向力反馈游戏杆发送一个电信号；(3)力反馈游戏杆接到信号后，打开力反馈游戏杆内置微型电机的控制门电路，微型电机带动金属块旋转，使力反馈游戏杆发生震动，从而模拟计算机内的虚拟人物、物体的运动(如汽车发生碰撞)。由此将计算机的电信号转化成力，对人体产生触觉刺激。这种力反馈装置的机电硬件存在成本高昂、结构复杂的缺点，并且容易损坏。
本发明目的在于克服以上缺点，提供一种结构简单、成本低廉的模拟触觉发生装置。
为达所述目的，本发明提供一种模拟触觉产生装置，包括计算机及其接口、游戏控制装置，所述游戏控制装置连接到计算机，其特征在于还包括受计算机接口控制的低频脉冲发生器和电极；所述低频脉冲发生器与计算机接口连接，在计算机的控制下产生电脉冲并输出到电极。
所述低频脉冲发生器与计算机接口可以通过数据线连接，也可以通过无线连接。
所述低频脉冲发生器包括数模转换模块、压控震荡器、脉冲整形升压模块；数模转换模块将所述计算机输出的数字信号转换成模拟信号，此模拟信号控制压控震荡器输出脉冲的频率，脉冲整形升压模块将压控震荡器输出脉冲进行整形，并提高脉冲的输出电平。
所述的计算机指的是嵌入中央处理单元(CPU)的任何装置。
所述的游戏控制装置可以是键盘、鼠标或游戏杆。
由于本发明用脉冲发生器替代了现有技术中的电机结构，用电脉冲的刺激来产生模拟触觉，因此结构更加简单，大大降低了成本，并且不容易因机械原因导致损坏。
下面结合附图和实施例对本发明做进一步的说明。
图1是现有的机电结合的力反馈系统原理示意图；图2是本发明采用的脉冲装置反馈系统原理示意图；图3是是利用个人计算机(PC)并口实现本发明的实施例的原理图；生命机体里存在着一种极其微弱的特殊电流，叫做“生物电”，它与机体的正常运转，神经冲动和触觉感受密切相关。当对人体肌肉外加不同频率的低频脉冲(1-1200HZ)，低频电流就会引起肌肉的收缩或松弛，人体会分别感受到被捶、敲、揉的感觉。本发明的关键点是利用计算机控制脉冲来模拟机械力对人的作用，使人产生触觉。
图2是本发明的原理示意图，它包括输入装置、计算机接口、低频脉冲发生器、电极四部分。输入装置包括单向游戏杆的摇杆或方向盘、键盘、鼠标等，它作为计算机的一部分与计算机联接；计算机可以是包括中央处理单元的任何装置，如PC机、游戏机、VCD机、DVD机等。计算机接口包括声卡游戏接口、USB接口、并口、串口、红外线接口等等，它通过导线联接或无线发射的方式，与低频脉冲发生器数据接口相联；正负两电极片通过导线与脉冲产生器输出端相联。它的原理如下(1)用户通过操纵键盘、鼠标、游戏杆，来操纵计算机内的虚拟人物、物体(如汽车)的运动(方向、动作)，(2)当该人物、物体的运动状态与计算机软件预设的条件相符合时(如汽车发生碰撞)，计算机其上述任一接口向低频脉冲发生器相应的电信号，(3)低频脉冲发生器接到信号后，经过译码，产生相应频率，幅度的脉冲，(4)脉冲通过导线输出到正负两片电极片上，从而使与极片捆绑在一起的肌肉收缩或松弛(人体产生神经冲动)，模拟出计算机内的虚拟人物的触觉感受被捶、被敲、被揉。(如汽车发生碰撞，驾驶者被捶的感受)。由此将计算机的电信号转化成生物电，对人体产生触觉刺激。
图3是利用个人计算机(PC)并口实现本发明的实施例原理图。低频脉冲发生器由数模拟转换(简称D/A)模块、压控震荡器(简称VCO)模块、脉冲整形升压模块组成。低频脉冲发生器单独用干两节1.5V干电池供电。(PC)并口的数据线D0(25DBE第15脚)，D1(25DBE第13脚)联接到D/A模块的数据线上。
以进行打斗游戏为例，游戏者使用单向游戏杆等输入装置来操纵计算机内的虚拟人物的动作与另外的虚拟物体作打斗，当该人物的状态与计算机软件预设的条件相符合时，(如虚拟人物被重击，软件按照下表列举数据将并口的D1置低，D0置高，低频脉冲发生器的D/A模块接到信号(D1D0＝01)后，按表格数据译码，输出相应的电压(2.9V)，控制VCO模块输出频率为900-1000HZ之间的脉冲，此特定频率的脉冲通过整形升压后用导线输出到正负两极片上，从而使与电极片捆绑在一起的肌肉收缩或松弛(人体产生神经冲动)，模拟出计算机内的虚拟人物的被重击的“敲”感觉。
权利要求
1.一种模拟触觉产生装置，包括计算机及其接口、游戏控制装置，所述游戏控制装置连接到计算机，其特征在于还包括受计算机接口控制的低频脉冲发生器和电极；所述低频脉冲发生器与计算机接口连接，在计算机的控制下产生电脉冲并输出到电极。
2.如权利要求1所述的模拟触觉产生装置，其特征在于所述低频脉冲发生器与计算机接口可以通过数据线连接，也可以通过无线连接。
3.如权利要求1或2所述的模拟触觉产生装置，其特征在于所述低频脉冲发生器包括数模转换模块、压控震荡器、脉冲整形升压模块；数模转换模块将所述计算机输出的数字信号转换成模拟信号，此模拟信号控制压控震荡器输出脉冲的频率，脉冲整形升压模块将压控震荡器输出脉冲进行整形，并提高脉冲的输出电平。
4.如权利要求1所述的模拟触觉产生装置，其特征在于所述的计算机指的是嵌入中处理单元(CPU)的任何装置。
5.如权利要求1所述模拟触觉产生装置，其特征在于所述的游戏控制装置可以是键盘、鼠标或游戏杆。
全文摘要
本发明涉及计算机和电子领域,是一种通过计算机接口对人体进行电刺激模拟生理触觉的方法。把低频脉冲发生器的正负两极通过电极片接触人体,然后使用计算机接口控制其发出脉冲的频率、幅度等参数,利用低频电流引起肌肉的收缩或松弛的效应,使人体感受到到被捶、敲、揉等的各种触觉感觉。它与以往通过机电结构的力反馈装置来对人体产生触觉刺激的方法相比,具有价格低廉,结构简单,不易损坏的优点。
文档编号G06F3/00GK1343920SQ0012895
公开日2002年4月10日 申请日期2000年9月19日 优先权日2000年9月19日
发明者黄德华, 张智锋 申请人:黄德华, 张智锋